クラッチ装置、回転制御方法並びにクローラ装置
【課題】トルク伝達効率が高く、耐久性があり、しかも小径にすることができる逆入力遮断クラッチ装置を提供する。
【解決手段】クラッチ部材４０は、弾性部材５０により入力軸９ｆに近い遮断位置に向かって付勢されている。入力軸９ｆとクラッチ部材４０との間には、トルク伝達・カム手段６０が配置されており、入力軸９ｆからの回転トルクをクラッチ部材４０に伝達するとともに、入力軸９ｆとクラッチ部材４０との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材４０を弾性部材５０に抗して出力軸９ｄに近い接続位置に向かって移動させる。クラッチ部材４０と出力軸９ｄとの互いに対向する面の一方には係合凸部７５が設けられ、他方には係合凹部２５が設けられている。クラッチ部材４０が遮断位置にある時には、係合凸部７５と係合凹部２５が非係合状態にあり、接続位置にある時には、互いに係合し、クラッチ部材４０からの回転トルクを出力軸９ｄに伝達する。
【解決手段】クラッチ部材４０は、弾性部材５０により入力軸９ｆに近い遮断位置に向かって付勢されている。入力軸９ｆとクラッチ部材４０との間には、トルク伝達・カム手段６０が配置されており、入力軸９ｆからの回転トルクをクラッチ部材４０に伝達するとともに、入力軸９ｆとクラッチ部材４０との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材４０を弾性部材５０に抗して出力軸９ｄに近い接続位置に向かって移動させる。クラッチ部材４０と出力軸９ｄとの互いに対向する面の一方には係合凸部７５が設けられ、他方には係合凹部２５が設けられている。クラッチ部材４０が遮断位置にある時には、係合凸部７５と係合凹部２５が非係合状態にあり、接続位置にある時には、互いに係合し、クラッチ部材４０からの回転トルクを出力軸９ｄに伝達する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸から出力軸への回転トルクの伝達が可能でありながら、逆方向すなわち出力軸から入力軸への回転トルクの伝達を禁じ出力軸が自由回転するようにした逆入力遮断クラッチ装置に関し、更にこのクラッチ装置を組み込んだ駆動装置の回転制御方法およびこのクラッチを組み込んだクローラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された逆入力遮断クラッチ装置は、駆動源に接続された入力軸と、負荷に接続された出力軸と、入力軸に固定された入力側回転板（入力側回転部）と、出力軸に固定された出力側回転板（出力側回転部）と、両回転板間に介在されたクラッチ板（クラッチ部材）とを備えている。
【０００３】
上記クラッチ板は、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されている。上記出力側回転板とクラッチ板には互いに対峙する摩擦面が形成されている。
【０００４】
上記出力側回転板とクラッチ板には弾性部材が配置され、この弾性部材により、クラッチ板材は入力側回転板に近い遮断位置に向かって付勢されている。この遮断位置では上記クラッチ板と出力側回転板の摩擦面は離れている。そのため、出力軸が回転してもその回転トルクはクラッチ板に伝達されず、ひいては入力軸に伝達されない。
【０００５】
上記入力側回転板とクラッチ板との間にはトルク伝達・カム手段が配置されている。このトルク伝達・カム手段は、入力側回転板とクラッチ板にそれぞれ形成された複数のカム穴と、対峙するカム穴間に収容されたボールとを有している。カム穴は周方向延びる傾斜面を有している。入力軸からの回転トルクは、このボールを介してクラッチ板に伝達される。
【０００６】
上記クラッチ板とハウジングとの間には弱い弾性部材（位相差付与手段）が介在されており、入力軸の回転に伴ってクラッチ板が回転する際に、この弱い弾性部材によりクラッチ板に抵抗が生じ、これにより、クラッチ板と入力側回転板との間に回転位相差が生じる。この回転位相差により、上記トルク伝達・カム手段のボールがカム穴の傾斜面へと移り、これによりクラッチ板を、入力側回転板との間に介在された弾性部材に抗して出力側回
転板に近い接続位置まで移動させる。その結果、クラッチ板の摩擦面が出力側回転板の摩擦面に接し、クラッチ板の回転トルクが出力側回転板ひいては出力軸へと伝達される。
【特許文献１】特開２００６−１１２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記構成のクラッチ装置では、クラッチ板から出力側回転板への回転トルクの伝達を摩擦面を介して行うため、両者の間に滑りが生じる可能性があり、伝達効率が悪かった。しかも摩擦面は、経時変化により磨耗するためさらに伝達効率が悪くなってしまい、寿命も短かった。
また、摩擦面は回転トルクの伝達のために広い面積を必要とし、そのためクラッチ板と出力側回転板は大きな径を要し、クラッチ装置の大径化を招いていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、クラッチ装置において、（ア）同軸をなして離間対峙する入力軸および出力軸と、（イ）上記入力軸と出力軸との間に配置され、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されたクラッチ部材と、（ウ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、クラッチ部材を入力軸に近い遮断位置に向かって付勢する弾性部材と、（エ）上記入力軸とクラッチ部材との間に配置され、入力軸からの回転トルクをクラッチ部材に伝達するとともに、入力軸とクラッチ部材との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材を上記弾性部材に抗して出力軸に近い接続位置に向かって移動させるトルク伝達・カム手段と、（オ）上記入力軸が回転する時に、上記クラッチ部材に抵抗を付与し、このクラッチ部材と入力軸との間に回転位相差を与える位相差付与手段と、（カ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを非係合状態にし、上記クラッチ部材が上記接続位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを係合状態にして上記クラッチ部材からの回転トルクを出力軸に伝達する係合手段と、を備え、上記係合手段は、上記クラッチ部材と出力軸との互いに対向する面の一方に設けられた係合凸部と、他方に設けられた係合凹部とを有し、上記非係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込まず、上記係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、入力軸から出力軸への回転トルクの伝達が可能でありながら、逆方向すなわち出力軸から入力軸への回転トルクの伝達を禁じることができる。
クラッチ部材と出力軸とは係合凸部と係合凹部で接続するため、回転トルク伝達時における両者の間の滑りを禁じることができ、トルク伝達効率を高めることができる。また、経時変化によるトルク伝達効率の低下も無く、使用寿命を長くすることができる。さらに、トルク伝達のための面積を広くする必要がないので、クラッチ装置の小径化が可能である。
【００１０】
好ましくは、上記出力軸の端部には、出力軸の他の部位より大径をなして出力側回転部が設けられ、この出力側回転部が上記クラッチ部材に対峙しており、上記クラッチ部材と上記出力軸の出力側回転部の一方には、上記係合凸部が等角度間隔をなして複数配置され、他方には、これら係合凸部に対応する箇所において、上記係合凹部が複数配置されている。
この構成によれば、トルク伝達を確実にかつ安定して行うことができる。
【００１１】
好ましくは、上記クラッチ部材と出力軸の出力側回転部の上記一方には、軸方向に延びるピンが埋設され、このピンの先端部が上記係合凸部として提供される。
【００１２】
好ましくは、上記入力軸と出力軸がハウジング内で対峙しており、上記位相差付与手段は、上記クラッチ部材と上記ハウジングとの間に介在された弾性材料からなる摩擦抵抗リングを含む。
この構成によれば、クラッチ部材とハウジングとの間に摩擦抵抗リングによる摩擦抵抗を生じさせることにより、入力軸とクラッチ部材の間の回転位相差を得ることができ、位相差付与手段の構造が簡単である。
【００１３】
好ましくは、上記クラッチ部材の外周とハウジングの内周の一方に環状の収容溝が形成され、この収容溝に上記摩擦抵抗リングが収容され、この摩擦抵抗リングが、クラッチ部材の外周とハウジングの内周の他方に弾性力をもって接している。
この構成によれば、摩擦抵抗リングを安定して支持できる。
【００１４】
好ましくは、上記ハウジングの内周と上記クラッチ部材の外周にはそれぞれ段差が形成されており、上記摩擦抵抗リングはハウジングの内周とクラッチ部材の外周との間に配置されるとともに、これらハウジングとクラッチ部材の段差間に配置されており、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングとクラッチ部材の段差間の間隔が狭まることにより、上記摩擦抵抗リングがこれら段差に弾性力をもって接している。
この構成によれば、クラッチ部材の遮断位置ではハウジングとクラッチ部材の段差の間隔が狭まって摩擦抵抗リングを弾性変形させることにより、摩擦抵抗リングとこれら段差との間に摩擦抵抗が生じ、その結果、入力軸の回転時に入力軸とクラッチ部材との間に確実に回転位相差を発生させることができ、ひいてはクラッチ部材を確実に接続位置へと移動させることができる。しかも、クラッチ部材が接続位置に移動すると、段差間の間隔が広まり、上記段差による摩擦抵抗リングの弾性変形を解消ないしは低減でき、これにより、クラッチ部材が接続位置にある時の回転抵抗を低減することができる。
【００１５】
さらに好ましくは、上記摩擦抵抗リングは、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングの内周とクラッチ部材の外周にも弾性力をもって接している。
この構成によれば、クラッチ部材が遮断位置にある時の、クラッチ部材とハウジングとの間の摩擦抵抗をさらに増大させることができる。
【００１６】
好ましくは、上記入力軸の端部には、入力軸の他の部位より大径をなしてクラッチ部材に対峙する入力側回転部が設けられ、上記トルク伝達・カム手段が、クラッチ部材と入力軸の入力側回転部のそれぞれの対向面に、等角度間隔をなして形成された複数のカム穴と、クラッチ部材と入力側回転部の対峙するカム穴間に収容されたボールとを有し、これらカム穴が円錐面を有しており、上記入力軸が回転していない時には、上記弾性部材の付勢力により上記ボールが両カム穴の中心に位置し、これによりクラッチ部材が遮断位置にあり、上記入力軸が回転している時には、クラッチ部材と入力軸の回転位相差により上記ボールが両カム穴の円錐面に移り、これによりクラッチ部材が接続位置に移動する。
この構成によれば、クラッチ部材へのトルク伝達とカム作用を簡単な構造で実現することができる。
【００１７】
更に本発明は、低速用アクチュエータと高速用アクチュエータとを備え、これらアクチュエータを共通の回転体に接続し、上記低速用アクチュエータに上記クラッチ装置を組み込んでなる駆動装置を回転制御する方法において、上記低速用アクチュエータを駆動して上記回転体を低速回転させた後、両アクチュエータを一時停止してから上記高速用アクチュエータを駆動して上記回転体を反対方向に高速回転させる際に、高速用アクチュエータの駆動に先立って、低速用アクチュエータを上記高速回転方向と同方向に一時駆動することを特徴とする。
低速回転停止時に係合凹部の周縁に係合凸部が引っ掛かってしまい、クラッチ部材が弾性部材の力で遮断位置に戻らないことがある。この場合、その後で反対方向に高速回転した場合に、低速用アクチュエータが抵抗となって高速用アクチュエータに大きな負荷がかかり、高速用アクチュエータの故障の原因となる。
しかし、高速回転に先立って低速用アクチュエータを高速回転方向と同方向に一時駆動させることにより、係合凹部と係合凸部の引っ掛かりを解消でき、クラッチ部材を弾性部材の力で確実に遮断位置に戻すことができ、上記不都合を防止できる。
【００１８】
更に本発明は、クローラ装置において、前後のホイールと、これらホイールに掛け渡された無端条体とを備え、少なくともいずれか一方のホイールに低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを接続し、この低速用アクチュエータに、上記クラッチ装置を組み込んだことを特徴とする。
これによれば、低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを選択してクローラ装置の走行状況に応じた最適の走行を行うことができる。しかも、高速用アクチュエータの駆動時には、クラッチ装置が遮断状態となるので低速用アクチュエータが負荷になるのを回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のクラッチ装置によれば、トルク伝達効率が高く、耐久性があり、小径化も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の第１実施形態に係わるクラッチ装置を内蔵したクローラロボットについて、図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示すクローラロボットは、基台１と、この基台１の左右に取り付けられたクローラ装置２（走行装置）とを備えている。基台１には種々のセンサやビデオカメラが搭載されるとともに、必要に応じてロボットアーム等が搭載される。
【００２１】
上記左右のクローラ装置２の各々は、左右一対の側板３と、これら側板３の前後端部に回転可能に支持されたホイール４（回転体）と、これら前後のホイール４に掛け渡されたベルト５（無端条体）とを備えている。
【００２２】
図２に示すように、上記ホイール４は、支持部材６を介して左右の側板３（一方のみ図示する）に支持されている。
詳述すると、この支持部材６は円筒部６ａとその両端に設けられた端壁部６ｂとを備えている。一方の端壁部６ｂの中央のボス部６ｃが一方の側板３に固定され、他方の端壁部６ｂが他方の側板（図示しない）に固定されている。
【００２３】
上記ホイール４は、円筒部４ａと、この円筒部４ａの一端に設けられたディスク部４ｂとを有している。この円筒部４ａと上記支持部材６の円筒部６ａとの間にベアリング７を介在させることにより、ホイール４が支持部材６に回転可能に支持されている。
【００２４】
上記ホイール４の円筒部４ａには周方向に等ピッチで係合ピン４ｃが設けられており、この係合ピン４ｃがベルト５の係合穴５ａに入り込むことにより、ホイール４とベルト５がトルク伝達可能に係合されている。
上記ベルト５の外周には接地ラグ５ｂが周方向に間隔をおいて多数形成されている。
【００２５】
各クローラ装置２の前後ホイール４のうち例えば前側のホイール４は、駆動輪として提供される。この駆動輪としてのホイール４に回転トルクを付与する手段は、高速用アクチュエータ８と低速用アクチュエータ９とを備えており、これらアクチュエータ８，９は上記支持部材６に収容されている。
【００２６】
上記高速用アクチュエータ８は、モータ８ａと、減速比の小さい減速機８ｂとを連設してなり、その出力軸８ｄが支持部材６の一方の端壁６ｂを貫通してこの端壁６ｂから突出しており、この出力軸８ｄにピニオンギア８ｅが固定されている。
【００２７】
上記低速用アクチュエータ９は、モータ９ａと、減速比の大きい減速機９ｂと、クラッチ装置９ｃとを連設してなり、その出力軸９ｄが支持部材６の一方の端壁６ｂを貫通してこの端壁６ｂから突出しており、その出力軸９ｄにピニオン９ｅが固定されている。
【００２８】
上記出力軸８ｄ、９ｄは互いに平行をなして離れており、これら出力軸８ｄ、９ｄに固定されたピニオン８ｅ，９ｅが、上記ホイール４のディスク部４ｂの内周部に形成されたインターナルギア４ｄと噛み合っている。
【００２９】
次に、上記低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃについて図３〜図７を参照しながら説明する。クラッチ装置９ｃは、円筒形状のハウジング１０を有している。このハウジング１０は、２つの円筒部材１１，１２を同軸に連結してなり、上記減速機９ｂのハウジングに固定されている。
【００３０】
上記ハウジング１０内で、上記出力軸９ｄと、駆動源（モータ９ａおよび減速機９ｂ）に接続された入力軸９ｆ（減速機９ｂの出力軸に相当する）とが、互いに同軸をなして離間対峙している。
【００３１】
上記出力軸９ｄは、ベアリング１５によりハウジング１０に回転可能に支持されている。この出力軸９ｄのハウジング１０内の端部は大径をなし、出力側回転部２０として提供される。この出力側回転部２０の外周面は円筒面をなしている。
【００３２】
他方、入力軸９ｆのハウジング１０内の端部外周には円筒部材３０が固定されている。この円筒部材３０は入力軸９ｆの一部となり、入力側回転部として提供される。
【００３３】
上記入力側回転部３０と出力側回転部２０は等しい外径を有して離間対峙しており、両者の間にはクラッチ部材４０が配置されている。
このクラッチ部材４０は、円盤形状の基部４１と、その周縁から軸方向、両方向に延びる円筒部４２とを有している。
【００３４】
上記クラッチ部材４０の円筒部４２に上記入力側回転部３０および出力側回転部２０が嵌っており、これにより、クラッチ部材４０は、入力側回転部３０および出力側回転部２０と同軸を維持されながら、軸方向にスライド可能かつ回動可能に支持されている。
【００３５】
上記クラッチ部材４０と出力側回転部２０の互いに対峙する面の中央部にはそれぞれ凹部が形成されており、これら凹部に圧縮コイルスプリング５０（弾性部材）が収容されている。このスプリング５０により、クラッチ部材４０が入力側回転部３０に近い遮断位置（図３に示す位置）に向かって付勢されている。
【００３６】
上記入力側回転部３０のクラッチ部材４０に対峙する面は上記入力軸９ｆと面一をなし、この面には複数例えば４つのカム穴３５が等角度間隔離れて形成されている。このカム穴３５は、図５に示すように、円形の凹部３５ａと、その周囲に形成された円錐面３５ｂ（カム面、周方向に傾斜した傾斜面）とを有している。
【００３７】
上記クラッチ部材４０の基板部４１の入力側回転部３０と対峙する面には、複数例えば４つのカム穴４５が等角度間隔離れて形成されている。このカム穴４５は上記入力側回転部３０のカム穴３５と同寸法をなして対峙しており、図６に示すように、円形の凹部４５ａと円錐面４５ｂ（カム面、周方向に傾斜した傾斜面）とを有している。
【００３８】
上記入力側回転部３０の各カム穴３５とクラッチ部材４０の対応するカム穴４５には、鋼製のボール６５が収容されている。これらカム穴３５，４５とボール６５により、トルク伝達・カム手段６０が構成されている。
【００３９】
上記トルク伝達・カム手段６０は、後述するように、入力側回転部３０からの回転トルクをクラッチ部材４０に伝達するとともに、両者の間の回転位相差に応じてクラッチ部材４０を出力側回転部２０に近い接続位置（図４に示す位置）に向かって軸方向に移動させる役割を担う。
【００４０】
上記出力側回転部２０には、出力側回転部２０を軸方向に貫通する複数例えば４つの係合穴２５（係合凹部）が周方向に等角度間隔で形成されている。
上記クラッチ部材４０には、基板部４１を軸方向に貫通する複数例えば４つのねじ穴４６が周方向に等角度間隔で形成されている。図６に示すように、これらねじ穴４６は、上述したカム穴４５間に位置している。
【００４１】
上記ねじ穴４６には、入力側回転部３０側の面からピン７０がねじ込まれている（埋設されている）。このピン７０の先端部は半球形状をなし係合凸部７５として提供され、基板部４１の出力側回転部２０側の面から突出している。この係合凸部７５は、クラッチ部材４０が図３に示す遮断位置にある時に出力側回転部２０の係合穴２５から脱しており、図４に示す接続位置にある時に係合穴２５に入り込むようになっている。これら係合穴２５と係合凸部７５により、係合手段７９が構成されている。
【００４２】
上記クラッチ部材４０の外周には浅い環状の収容溝４７が形成されており、この収容溝４７にはゴムや弾性樹脂等の弾性材料からなるＯリング８０（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）が収容されている。このＯリング８０は、弾性変形した状態（クラッチ部材４０の径方向に潰れた状態）でクラッチ部材４０の外周とハウジング１０の内周に比較的低い弾性力（接触圧）で接している。
【００４３】
上記構成において、まず低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃの作用について説明する。モータ９ａが回転駆動されず、入力軸９ｆが回転していない状況では、図３に示すように、クラッチ部材４０は圧縮スプリング５０に付勢され、トルク伝達・カム手段６０のボール６５はカム穴３５，４５の中央の円形凹部３５ａ，４５ａ（カム面の最深部）に位置している。その結果、クラッチ部材４０は入力側回転部３０に最も近付き、遮断位置にある。
【００４４】
上記のようにクラッチ部材４０が遮断位置にある時には、クラッチ部材４０に設けられたピン７０の係合凸部７５が出力側回転部２０の係合穴２５から脱しており、トルク伝達経路が遮断されている。
【００４５】
そのため、上記クラッチ遮断状態で出力軸９ｄが回転しても、この回転トルクはクラッチ部材４０に伝達されず、ひいては入力軸９ｆに伝達されない。すなわち、出力軸９ｄは自由回転するだけである。
【００４６】
低速用アクチュエータ９のモータ９ａが回転駆動されると、入力軸９ｆが回転される。この回転トルクは、入力側回転部材３０のカム穴３５とクラッチ部材４０のカム穴４５に収容されたボール６５を介してクラッチ部材４０に伝達される。
【００４７】
上記クラッチ部材４０の回転に際し、クラッチ部材４０はＯリング８０を介してハウジング１０からの抵抗を受けるため、入力側回転部３０の回転とクラッチ部材４０の回転との間に位相差が生じる。この位相差は、入力側回転部３０のカム穴３５に対するクラッチ部材４０のカム穴４５の周方向のずれを生み、その結果、ボール６５がカム穴３５、４５の中央の円形凹部３５ａ，４５ａから円錐面３５ｂ、４５ｂ（カム面の浅い部位）へと移る。
【００４８】
上記ボール６５の円錐面３５ｂ、４５ｂへの移動により、クラッチ部材４０は圧縮スプリング５０に抗して出力側回転部２０に向かって押され、出力側回転部２０に近い接続位置に達する。
尚、クラッチ部材４０の回転時のＯリング８０の摩擦抵抗に起因して発生する推力は、圧縮スプリング５０の反力より強く設定されている。
【００４９】
上記のようにクラッチ部材４０が接続位置に達すると、クラッチ部材４０に設けた係合凸部７５が、出力側回転部２０に形成された係合穴２５に入り込み、クラッチ部材４０からの回転トルクが出力側回転部２０に伝達される。すなわち、入力軸９ｆの回転トルクが出力軸９ｄに伝達される。
【００５０】
入力軸９ｆが停止したとき、即ちクラッチ部材４０の回転が停止した時は、クラッチ部材４０はスプリング５０の力で遮断位置に戻される。
【００５１】
次に、クローラロボットの作用について説明する。平地を走行する場合には、低速用アクチュエータ９を停止状態にし、高速用アクチュエータ８を駆動させる。これにより、高速用アクチュエータ８の出力軸８ｄに固定されたピニオン８ｅとホイール４のインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して、ホイール４に回転トルクが伝達されるため、ベルト５が駆動され、クローラロボットを前進または後退させることができる。
【００５２】
平地走行の場合、走行抵抗が小さく比較的低いトルクでも走行が可能であるため、高速用アクチュエータ８を駆動させることにより、ホイール４を高速回転させ、ひいてはクローラロボットの走行速度を高めるのである。
【００５３】
上記高速用アクチュエータ８の駆動によりホイール４が回転している時、インターナルギア４ｄとピニオン９ｅとの噛み合いにより、低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄが連れ回転する。しかし、低速用アクチュエータ９のモータ９ａは停止状態にあり、クラッチ装置９ｃが図３に示す遮断状態にあるので、出力軸９ｄからの回転は入力軸９ｆに伝達されない。その結果、低速用アクチュエータ９の減速機９ｂによる抵抗を排除することができ、効率良く高速用アクチュエータ８の回転トルクをホイール４に伝達することができる。
【００５４】
坂道や階段を登る場合や不整地を走行する場合には、低速用アクチュエータ９のモータ９ａを回転駆動する。すると、クラッチ装置９ｃが図４に示すクラッチ接続状態になり、モータ９ａの回転トルクが出力軸９ｄに伝達され、この出力軸９ｄに固定されたピニオン９ｅとホイール４のインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して、ホイール４に回転トルクが伝達される。
【００５５】
上記のように坂道等を登る場合には、低速度でも高い回転トルクをホイール４に供給し、クローラロボットの坂道走行能力を高めるのである。
【００５６】
上記のように低速用アクチュエータ９を駆動する場合には、ピニオン８ｅとインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して高速用アクチュエータ８が抵抗になる。そこで、この出力軸８ｄの回転速度を低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄと一致させるように、モータ８ａを制御するのが好ましい。
【００５７】
なお、高速用アクチュエータ８の減速機８ｂの抵抗は比較的小さいから、低速用アクチュエータ９の駆動時に高速用アクチュエータ８のモータ８ａを停止状態にしてもよい。
【００５８】
坂道で両アクチュエータ８，９の駆動を停止した場合、クローラロボットの自重により坂道等を下るような力が生じ、これによりクローラベルト５を介してホイール４が回転する。このホイール４の回転は、インターナルギア４ｄとピニオン８ｅ，９ｅの噛み合いを介して、両アクチュエータ８，９の出力軸８ｄ、９ｄに伝達される。
【００５９】
この時、低速用アクチュエータ９ではクラッチ装置９ｃが遮断状態にあるので出力軸９ｄの回転が入力軸９ｆに伝達されないが、高速用アクチュエータ８の出力軸８ｄの回転は、減速機８ｂに伝達される。そのため、この減速機８ｂの抵抗により、クローラロボットが坂道等を急速度で下りるのを防止できる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。これら実施形態において先に説明した実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。
図８〜図１１に示す第２実施形態では、ハウジング１０とクラッチ部材４０の構造が第１実施形態と異なる。また、第２実施形態では、収容溝４７に収容されたＯリング８０のに加えて他のＯリング８５（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）を用いている。他の構造は第１実施形態と同様である。
【００６１】
特に図１０，図１１に示すように、上記ハウジング１０の内周は、入力側から出力側に向かって順に配された第１内周面部１０ｘと第２内周面部１０ｙとを有している。両内周面部１０ｘ，１０ｙはともに円筒面をなし、第１内周面部１０ｘが第２内周面部１０ｙより小径をなし、これら第１、第２内周面部１０ｘ、１０ｙの境には段差１０ｚが形成されている。この段差１０ｚは、第１内周面部１０ｘ、第２内周面部１０ｙと鈍角に交差するようなテーパをなしている。
【００６２】
上記クラッチ部材４０の外周は、入力側から出力側に向かって順に配された第１外周面部４０ｘと第２外周面部４０ｙとを有している。両外周面部４０ｘ，４０ｙはともに円筒面をなし、第１外周面部４０ｘが第２外周面部４０ｙより小径をなし、これら第１、第２外周面部４０ｘ、４０ｙの境には段差４０ｚが形成されている。この段差４０ｚは、第１外周面部４０ｘ、第２外周面部４０ｙと鈍角に交差するようなテーパをなしている。
【００６３】
上記クラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘはハウジング１０の第１内周面部１０ｘと同径をなし、その先端部が第１内周面部１０ｘに嵌っている。クラッチ部材４０の第２外周面部４０ｙはハウジング１０の第２内周面部１０ｙと同径をなし、この第２内周面部１０ｙに嵌っている。
【００６４】
上記Ｏリング８０は、第１実施形態と同様にクラッチ部材４０の第２外周面部４０ｙに形成された収容溝４７に収容され、弾性変形した状態でハウジング１０の第２内周面部１０ｙに弾性をもって接している。
【００６５】
もう一つのＯリング８５は、上記ハウジング１０の第１内周面部１０ｘと、上記クラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘと、上記ハウジング１０およびクラッチ部材４０の段差１０ｚ、４０ｚとで形成された環状空間９０に収容されている。
【００６６】
上記第２実施形態の作用を説明する。図８、図１０に示すように、コイルスプリング５０の弾性力により、上記クラッチ部材４０が遮断位置にある時、上記ハウジング１０とクラッチ部材４０の段差１０ｚ、４０ｚ間の間隔が狭まっており、上記Ｏリング８５が段差１０ｚ、４０ｚに挟まれて弾性変形し、これら段差１０ｚ、４０ｚに弾性力をもって接している。
【００６７】
上記Ｏリング８５は、図１０に示すようにクラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘとハウジング１０の第１内周面部１０ｘにも弾性力をもって接しており、広い接触面積でハウジング１０とクラッチ部材４０に接している。
【００６８】
上述したように、Ｏリング８５は、コイルスプリング５０の弾性力に起因した比較的強い接触圧をもって段差１０ｚ、４０ｚ、周面部１０ｘ、４０ｘに接しているため、入力軸９ｆが回転した時に、Ｏリング８５の摩擦抵抗により、クラッチ部材４０の回転に対する抵抗が生じる。また、Ｏリング８０でも第１実施形態と同様の摩擦抵抗が生じる。その結果、クラッチ部材４０と入力軸９ｆとの間で位相差が生じ、これに応答して、トルク伝達・カム手段６０によりクラッチ部材４０を図９、図１１に示す接続位置へと確実に移動させることができる。
【００６９】
クラッチ部材４０が接続位置に移動すると、段差１０ｚ、４０ｚの間隔が広まり、これにより、Ｏリング８５と段差１０ｚ、４０ｚとの間の摩擦抵抗が低減または解消され、Ｏリング８５と周面部１０ｘ、４０ｘとの間の摩擦抵抗も低減される。したがって、クラッチ部材４０を遮断位置から接続位置へと移動させる際に、Ｏリング８５の摩擦抵抗を大きくできるにも拘わらず、接続位置へ移動した後は摩擦抵抗を小さくでき、回転トルクのロスを小さくすることができる。
【００７０】
なお、上記段差１０ｚ、４０ｚがテーパをなしているため、クラッチ部材４０の移動ストロークに対するＯリング８５の段差１０ｚ、４０ｚ、周面部１０ｘ、４０ｘへの接触圧（摩擦抵抗）は、緩やかに変化する。
【００７１】
上記第２実施形態において、クラッチ部材４０が接続位置にある時のＯリング８０、８５の合計摩擦抵抗は第１実施形態と同程度かこれより小さくなるよう設定されている。第２実施形態において、Ｏリング８０は省いてもよい。
クラッチ部材４０が遮断位置にある時、Ｏリング８５が周面部１０ｘに接しなくてもよい。さらに、クラッチ４０が接続位置にある時、Ｏリング８５が段差１０ｚ、４０ｚに軽く接していてもよい。
第２実施形態の上記特徴は、係合手段７９が係合凸部７５と係合凹部２５との噛み合い構造以外の構造を有していても適用可能である。
【００７２】
図１２に示す本発明の第３実施形態では、高速用アクチュエータ８にもクラッチ装置８ｃが装備されている。このクラッチ装置８ｃは、低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃと同様であるからその詳細な説明を省略する。
【００７３】
第３実施形態では、高速用アクチュエータ８も逆入力遮断機能を有しているので、低速用アクチュエータ９を駆動させている時に高速用アクチュエータ８のモータ８ａを停止していても、高速用アクチュエータ８が抵抗とならない。この実施形態のクローラ装置ではアクチュエータ８，９の停止状態で急に坂道を下るのを防止するため、別途に制動手段を装備するのが好ましい。
【００７４】
図１３に示す第４実施形態では、入力側回転部３０に比べて出力側回転部２０が小径になっている。この実施形態では、クラッチ部材４０の入力側円筒部４２に比べて出力側円筒部の径を小さくすることができ、ひいてはハウジング１０の出力側の部分の径を小さくすることができる。
【００７５】
次に、上述した全実施形態において、高速用アクチュエータと低速用アクチュエータを併用した場合に共通の問題点を説明する。
低速用アクチュエータ９において、クラッチ部材４０と出力軸９ｄの出力側回転部２０との間に配される係合手段７９として、係合凸部７５と係合凹部２５とを用いた場合、低速用アクチュエータ９の駆動を停止したにも拘わらず、クラッチ装置９ｃの接続状態が維持されてしまう可能性が想定される。
【００７６】
上記現象について説明する。図１４に示すように、係合凸部７５は係合凹部２５より小径であり、両者の間には遊びがある。低速用アクチュエータ９が駆動して、入力軸９ｆが回転し、これに伴いクラッチ部材４０が接続位置に移動し、クラッチ部材４０を介して出力軸９ｄに回転トルクが伝達されている時には、係合凸部７５が係合凹部２５の周縁の一箇所に強く当たっている。例えばクラッチ部材４０が破線の矢印Ａで示す方向にように回転している時には、符号Ｐで示す箇所で強く当たっている。
【００７７】
その結果、低速用アクチュエータ９が停止して入力軸９ｆが回転しなくなっても、係合凸部７５が係合凹部２５の周縁に引っ掛かったままとなり、コイルスプリング５０の力でクラッチ部材４０が遮断位置に戻らなくなることが想定される。この状態で、高速用アクチュエータ８を逆方向（ホイール４を逆転させる方向）に駆動した場合、図２のインナーギア４ｄとピニオンギア８ｅ，９ｅの噛み合いを介して、低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄに図１４に実線の矢印Ｂで示す方向の回転トルクが作用し、ひいては係合凸部７５と係合凹部２５の係合を介して、入力軸９ｆにも回転トルクが作用する。その結果、低速用アクチュエータ９が抵抗となって働き、高速用アクチュエータ８に大きな負荷がかかり、故障の原因になる。
【００７８】
そこで、図１５に示す回転制御を実行する。まず、一般的な制御について説明する。期間Ｐ１において低速前進する。この際、低速用アクチュエータ９を前進方向に駆動し、これと同時に第１実施形態と同様に高速用アクチュエータ８を同方向に同速度で駆動する。その後で、両アクチュエータ８，９を停止してから（期間Ｐ２）、高速後退する場合には、低速用アクチュエータ９を後退方向に一時駆動する（期間Ｐ３）。これにより、図１４の矢印Ｂで示すように係合凸部７５が係合凹部２５の周縁の点Ｐから離れる方向に変位する。その結果、上記引っ掛かり状態が解除され、クランプ部材４０はコイルスプリング５０の力で遮断位置に戻り、係合凸部７５が係合凹部２５から離脱する。
【００７９】
その後で、高速用アクチュエータ８を後退方向に駆動する（期間Ｐ４）。この際、低速アクチュエータ９のクラッチ部材４０が遮断位置にあるため、出力軸９ｄが自由回転し、低速アクチュエータ９が抵抗にならずに済む。
【００８０】
上記とは逆に、低速後退から高速前進への切替の際にも上記と同様に行う。この場合には、高速アクチュエータ８を前進方向へ駆動するのに先立って低速アクチュエータ９を前進方向へ一時駆動させることになる。
【００８１】
上記制御は、低速回転から反対方向の高速回転に切り替える際に効果を発揮するが、方向切替を問わず低速回転から高速回転への切替制御の際には必ず、低速アクチュエータの一時駆動（ただし高速回転方向と同方向）を行ってもよい。
【００８２】
上記低速アクチュエータ９の一時駆動の最中に、高速アクチュエータ８の駆動を始めてもよい。
【００８３】
本発明は上記実施形態に制約されず種々の形態を採用可能である。例えば、トルク伝達・カム手段は、上記実施形態のようなボールとカム穴の構造の他に、適宜採用可能である。
係合凸部を出力側回転部に設け、係合凹部をクラッチ部材に設けてもよい。
上記ピンは、出力側回転部、クラッチ部材の一方の部位にねじ込む他、当該部位に形成された穴に圧入等の手段で埋設してもよい。また、係合凸部は当該部位と一体に形成してもよい。
なお、上記Ｏリング８０を収容する収容溝はハウジング１０の内周に形成してもよい。この場合、Ｏリング８０はクラッチ部材４０の外周に弾性力をもって接する。
摩擦抵抗リングとして上記実施形態では自然状態で断面が円形をなすＯリング８０，８５を用いたが、他の断面形状例えばＸ字形の断面をなすリングを用いてもよい。
負荷はクローラ装置のホイールの他、タイヤ式ホイールであってもよいし、電動自転車のアクチュエータに用いてもよいし、走行装置以外のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係わるクラッチ装置を装備したクローラロボットの概略側面図である。
【図２】同クローラロボットのクローラ装置におけるホイール駆動手段の平断面図である。
【図３】同駆動手段の低速用アクチュエータにおけるクラッチ装置の拡大断面図であり、クラッチ遮断状態を示す。
【図４】同クラッチ装置の拡大断面図であり、クラッチ接続状態を示す。
【図５】同クラッチ装置の入力側回転部をクラッチ部材側から見た図である。
【図６】同クラッチ装置のクラッチ部材を入力側回転部側から見た図である。
【図７】同クラッチ装置の主要構成要素を分解して示す側断面図であり、入力側回転部の断面は図５のＡ−Ａ線に沿うものであり、クラッチ部材の断面は図６のＢ−Ｂ線に沿うものであり、出力側回転部も入力側回転部、クラッチ部材に対応する断面で表す。
【図８】本発明の第２実施形態をなすクラッチ装置をクラッチ遮断状態で示す拡大断面図である。
【図９】同クラッチ装置をクラッチ接続状態で示す拡大断面図である。
【図１０】同クラッチ装置の遮断状態を示す要部拡大断面図である。
【図１１】同クラッチ装置の接続状態を示す要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態を示す図２相当図である。
【図１３】本発明の第４実施形態を示す図３相当図である。
【図１４】上記全ての実施形態において、低速用アクチュエータ駆動停止した後、クラッチ部材が遮断位置に戻らないことを想定した時の係合凸部と係合凹部の係合状態を示す要部拡大断面図である。
【図１５】図１４の状態を解消するための低速用アクチュエータと高速用アクチュエータの回転制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
４ ホイール（回転体）
８ 高速用アクチュエータ
９ 低速用アクチュエータ
９ｃ クラッチ装置
９ｄ 出力軸
９ｆ 入力軸
１０ ハウジング
２０ 出力側回転部
２５ 係合穴（係合凹部）
３０ 入力側回転部
３５ カム穴
３５ｂ 円錐面
４０ クラッチ部材
４１ 基部
４２ 円筒部
４５ カム穴
４５ｂ 円錐面
４６ ねじ穴
５０ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
６０ トルク伝達・カム手段
６５ ボール
７０ ピン
７５ ピンの先端部（係合凸部）
７９ 係合手段
８０ Ｏリング（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸から出力軸への回転トルクの伝達が可能でありながら、逆方向すなわち出力軸から入力軸への回転トルクの伝達を禁じ出力軸が自由回転するようにした逆入力遮断クラッチ装置に関し、更にこのクラッチ装置を組み込んだ駆動装置の回転制御方法およびこのクラッチを組み込んだクローラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された逆入力遮断クラッチ装置は、駆動源に接続された入力軸と、負荷に接続された出力軸と、入力軸に固定された入力側回転板（入力側回転部）と、出力軸に固定された出力側回転板（出力側回転部）と、両回転板間に介在されたクラッチ板（クラッチ部材）とを備えている。
【０００３】
上記クラッチ板は、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されている。上記出力側回転板とクラッチ板には互いに対峙する摩擦面が形成されている。
【０００４】
上記出力側回転板とクラッチ板には弾性部材が配置され、この弾性部材により、クラッチ板材は入力側回転板に近い遮断位置に向かって付勢されている。この遮断位置では上記クラッチ板と出力側回転板の摩擦面は離れている。そのため、出力軸が回転してもその回転トルクはクラッチ板に伝達されず、ひいては入力軸に伝達されない。
【０００５】
上記入力側回転板とクラッチ板との間にはトルク伝達・カム手段が配置されている。このトルク伝達・カム手段は、入力側回転板とクラッチ板にそれぞれ形成された複数のカム穴と、対峙するカム穴間に収容されたボールとを有している。カム穴は周方向延びる傾斜面を有している。入力軸からの回転トルクは、このボールを介してクラッチ板に伝達される。
【０００６】
上記クラッチ板とハウジングとの間には弱い弾性部材（位相差付与手段）が介在されており、入力軸の回転に伴ってクラッチ板が回転する際に、この弱い弾性部材によりクラッチ板に抵抗が生じ、これにより、クラッチ板と入力側回転板との間に回転位相差が生じる。この回転位相差により、上記トルク伝達・カム手段のボールがカム穴の傾斜面へと移り、これによりクラッチ板を、入力側回転板との間に介在された弾性部材に抗して出力側回
転板に近い接続位置まで移動させる。その結果、クラッチ板の摩擦面が出力側回転板の摩擦面に接し、クラッチ板の回転トルクが出力側回転板ひいては出力軸へと伝達される。
【特許文献１】特開２００６−１１２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記構成のクラッチ装置では、クラッチ板から出力側回転板への回転トルクの伝達を摩擦面を介して行うため、両者の間に滑りが生じる可能性があり、伝達効率が悪かった。しかも摩擦面は、経時変化により磨耗するためさらに伝達効率が悪くなってしまい、寿命も短かった。
また、摩擦面は回転トルクの伝達のために広い面積を必要とし、そのためクラッチ板と出力側回転板は大きな径を要し、クラッチ装置の大径化を招いていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、クラッチ装置において、（ア）同軸をなして離間対峙する入力軸および出力軸と、（イ）上記入力軸と出力軸との間に配置され、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されたクラッチ部材と、（ウ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、クラッチ部材を入力軸に近い遮断位置に向かって付勢する弾性部材と、（エ）上記入力軸とクラッチ部材との間に配置され、入力軸からの回転トルクをクラッチ部材に伝達するとともに、入力軸とクラッチ部材との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材を上記弾性部材に抗して出力軸に近い接続位置に向かって移動させるトルク伝達・カム手段と、（オ）上記入力軸が回転する時に、上記クラッチ部材に抵抗を付与し、このクラッチ部材と入力軸との間に回転位相差を与える位相差付与手段と、（カ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを非係合状態にし、上記クラッチ部材が上記接続位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを係合状態にして上記クラッチ部材からの回転トルクを出力軸に伝達する係合手段と、を備え、上記係合手段は、上記クラッチ部材と出力軸との互いに対向する面の一方に設けられた係合凸部と、他方に設けられた係合凹部とを有し、上記非係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込まず、上記係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、入力軸から出力軸への回転トルクの伝達が可能でありながら、逆方向すなわち出力軸から入力軸への回転トルクの伝達を禁じることができる。
クラッチ部材と出力軸とは係合凸部と係合凹部で接続するため、回転トルク伝達時における両者の間の滑りを禁じることができ、トルク伝達効率を高めることができる。また、経時変化によるトルク伝達効率の低下も無く、使用寿命を長くすることができる。さらに、トルク伝達のための面積を広くする必要がないので、クラッチ装置の小径化が可能である。
【００１０】
好ましくは、上記出力軸の端部には、出力軸の他の部位より大径をなして出力側回転部が設けられ、この出力側回転部が上記クラッチ部材に対峙しており、上記クラッチ部材と上記出力軸の出力側回転部の一方には、上記係合凸部が等角度間隔をなして複数配置され、他方には、これら係合凸部に対応する箇所において、上記係合凹部が複数配置されている。
この構成によれば、トルク伝達を確実にかつ安定して行うことができる。
【００１１】
好ましくは、上記クラッチ部材と出力軸の出力側回転部の上記一方には、軸方向に延びるピンが埋設され、このピンの先端部が上記係合凸部として提供される。
【００１２】
好ましくは、上記入力軸と出力軸がハウジング内で対峙しており、上記位相差付与手段は、上記クラッチ部材と上記ハウジングとの間に介在された弾性材料からなる摩擦抵抗リングを含む。
この構成によれば、クラッチ部材とハウジングとの間に摩擦抵抗リングによる摩擦抵抗を生じさせることにより、入力軸とクラッチ部材の間の回転位相差を得ることができ、位相差付与手段の構造が簡単である。
【００１３】
好ましくは、上記クラッチ部材の外周とハウジングの内周の一方に環状の収容溝が形成され、この収容溝に上記摩擦抵抗リングが収容され、この摩擦抵抗リングが、クラッチ部材の外周とハウジングの内周の他方に弾性力をもって接している。
この構成によれば、摩擦抵抗リングを安定して支持できる。
【００１４】
好ましくは、上記ハウジングの内周と上記クラッチ部材の外周にはそれぞれ段差が形成されており、上記摩擦抵抗リングはハウジングの内周とクラッチ部材の外周との間に配置されるとともに、これらハウジングとクラッチ部材の段差間に配置されており、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングとクラッチ部材の段差間の間隔が狭まることにより、上記摩擦抵抗リングがこれら段差に弾性力をもって接している。
この構成によれば、クラッチ部材の遮断位置ではハウジングとクラッチ部材の段差の間隔が狭まって摩擦抵抗リングを弾性変形させることにより、摩擦抵抗リングとこれら段差との間に摩擦抵抗が生じ、その結果、入力軸の回転時に入力軸とクラッチ部材との間に確実に回転位相差を発生させることができ、ひいてはクラッチ部材を確実に接続位置へと移動させることができる。しかも、クラッチ部材が接続位置に移動すると、段差間の間隔が広まり、上記段差による摩擦抵抗リングの弾性変形を解消ないしは低減でき、これにより、クラッチ部材が接続位置にある時の回転抵抗を低減することができる。
【００１５】
さらに好ましくは、上記摩擦抵抗リングは、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングの内周とクラッチ部材の外周にも弾性力をもって接している。
この構成によれば、クラッチ部材が遮断位置にある時の、クラッチ部材とハウジングとの間の摩擦抵抗をさらに増大させることができる。
【００１６】
好ましくは、上記入力軸の端部には、入力軸の他の部位より大径をなしてクラッチ部材に対峙する入力側回転部が設けられ、上記トルク伝達・カム手段が、クラッチ部材と入力軸の入力側回転部のそれぞれの対向面に、等角度間隔をなして形成された複数のカム穴と、クラッチ部材と入力側回転部の対峙するカム穴間に収容されたボールとを有し、これらカム穴が円錐面を有しており、上記入力軸が回転していない時には、上記弾性部材の付勢力により上記ボールが両カム穴の中心に位置し、これによりクラッチ部材が遮断位置にあり、上記入力軸が回転している時には、クラッチ部材と入力軸の回転位相差により上記ボールが両カム穴の円錐面に移り、これによりクラッチ部材が接続位置に移動する。
この構成によれば、クラッチ部材へのトルク伝達とカム作用を簡単な構造で実現することができる。
【００１７】
更に本発明は、低速用アクチュエータと高速用アクチュエータとを備え、これらアクチュエータを共通の回転体に接続し、上記低速用アクチュエータに上記クラッチ装置を組み込んでなる駆動装置を回転制御する方法において、上記低速用アクチュエータを駆動して上記回転体を低速回転させた後、両アクチュエータを一時停止してから上記高速用アクチュエータを駆動して上記回転体を反対方向に高速回転させる際に、高速用アクチュエータの駆動に先立って、低速用アクチュエータを上記高速回転方向と同方向に一時駆動することを特徴とする。
低速回転停止時に係合凹部の周縁に係合凸部が引っ掛かってしまい、クラッチ部材が弾性部材の力で遮断位置に戻らないことがある。この場合、その後で反対方向に高速回転した場合に、低速用アクチュエータが抵抗となって高速用アクチュエータに大きな負荷がかかり、高速用アクチュエータの故障の原因となる。
しかし、高速回転に先立って低速用アクチュエータを高速回転方向と同方向に一時駆動させることにより、係合凹部と係合凸部の引っ掛かりを解消でき、クラッチ部材を弾性部材の力で確実に遮断位置に戻すことができ、上記不都合を防止できる。
【００１８】
更に本発明は、クローラ装置において、前後のホイールと、これらホイールに掛け渡された無端条体とを備え、少なくともいずれか一方のホイールに低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを接続し、この低速用アクチュエータに、上記クラッチ装置を組み込んだことを特徴とする。
これによれば、低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを選択してクローラ装置の走行状況に応じた最適の走行を行うことができる。しかも、高速用アクチュエータの駆動時には、クラッチ装置が遮断状態となるので低速用アクチュエータが負荷になるのを回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のクラッチ装置によれば、トルク伝達効率が高く、耐久性があり、小径化も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の第１実施形態に係わるクラッチ装置を内蔵したクローラロボットについて、図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示すクローラロボットは、基台１と、この基台１の左右に取り付けられたクローラ装置２（走行装置）とを備えている。基台１には種々のセンサやビデオカメラが搭載されるとともに、必要に応じてロボットアーム等が搭載される。
【００２１】
上記左右のクローラ装置２の各々は、左右一対の側板３と、これら側板３の前後端部に回転可能に支持されたホイール４（回転体）と、これら前後のホイール４に掛け渡されたベルト５（無端条体）とを備えている。
【００２２】
図２に示すように、上記ホイール４は、支持部材６を介して左右の側板３（一方のみ図示する）に支持されている。
詳述すると、この支持部材６は円筒部６ａとその両端に設けられた端壁部６ｂとを備えている。一方の端壁部６ｂの中央のボス部６ｃが一方の側板３に固定され、他方の端壁部６ｂが他方の側板（図示しない）に固定されている。
【００２３】
上記ホイール４は、円筒部４ａと、この円筒部４ａの一端に設けられたディスク部４ｂとを有している。この円筒部４ａと上記支持部材６の円筒部６ａとの間にベアリング７を介在させることにより、ホイール４が支持部材６に回転可能に支持されている。
【００２４】
上記ホイール４の円筒部４ａには周方向に等ピッチで係合ピン４ｃが設けられており、この係合ピン４ｃがベルト５の係合穴５ａに入り込むことにより、ホイール４とベルト５がトルク伝達可能に係合されている。
上記ベルト５の外周には接地ラグ５ｂが周方向に間隔をおいて多数形成されている。
【００２５】
各クローラ装置２の前後ホイール４のうち例えば前側のホイール４は、駆動輪として提供される。この駆動輪としてのホイール４に回転トルクを付与する手段は、高速用アクチュエータ８と低速用アクチュエータ９とを備えており、これらアクチュエータ８，９は上記支持部材６に収容されている。
【００２６】
上記高速用アクチュエータ８は、モータ８ａと、減速比の小さい減速機８ｂとを連設してなり、その出力軸８ｄが支持部材６の一方の端壁６ｂを貫通してこの端壁６ｂから突出しており、この出力軸８ｄにピニオンギア８ｅが固定されている。
【００２７】
上記低速用アクチュエータ９は、モータ９ａと、減速比の大きい減速機９ｂと、クラッチ装置９ｃとを連設してなり、その出力軸９ｄが支持部材６の一方の端壁６ｂを貫通してこの端壁６ｂから突出しており、その出力軸９ｄにピニオン９ｅが固定されている。
【００２８】
上記出力軸８ｄ、９ｄは互いに平行をなして離れており、これら出力軸８ｄ、９ｄに固定されたピニオン８ｅ，９ｅが、上記ホイール４のディスク部４ｂの内周部に形成されたインターナルギア４ｄと噛み合っている。
【００２９】
次に、上記低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃについて図３〜図７を参照しながら説明する。クラッチ装置９ｃは、円筒形状のハウジング１０を有している。このハウジング１０は、２つの円筒部材１１，１２を同軸に連結してなり、上記減速機９ｂのハウジングに固定されている。
【００３０】
上記ハウジング１０内で、上記出力軸９ｄと、駆動源（モータ９ａおよび減速機９ｂ）に接続された入力軸９ｆ（減速機９ｂの出力軸に相当する）とが、互いに同軸をなして離間対峙している。
【００３１】
上記出力軸９ｄは、ベアリング１５によりハウジング１０に回転可能に支持されている。この出力軸９ｄのハウジング１０内の端部は大径をなし、出力側回転部２０として提供される。この出力側回転部２０の外周面は円筒面をなしている。
【００３２】
他方、入力軸９ｆのハウジング１０内の端部外周には円筒部材３０が固定されている。この円筒部材３０は入力軸９ｆの一部となり、入力側回転部として提供される。
【００３３】
上記入力側回転部３０と出力側回転部２０は等しい外径を有して離間対峙しており、両者の間にはクラッチ部材４０が配置されている。
このクラッチ部材４０は、円盤形状の基部４１と、その周縁から軸方向、両方向に延びる円筒部４２とを有している。
【００３４】
上記クラッチ部材４０の円筒部４２に上記入力側回転部３０および出力側回転部２０が嵌っており、これにより、クラッチ部材４０は、入力側回転部３０および出力側回転部２０と同軸を維持されながら、軸方向にスライド可能かつ回動可能に支持されている。
【００３５】
上記クラッチ部材４０と出力側回転部２０の互いに対峙する面の中央部にはそれぞれ凹部が形成されており、これら凹部に圧縮コイルスプリング５０（弾性部材）が収容されている。このスプリング５０により、クラッチ部材４０が入力側回転部３０に近い遮断位置（図３に示す位置）に向かって付勢されている。
【００３６】
上記入力側回転部３０のクラッチ部材４０に対峙する面は上記入力軸９ｆと面一をなし、この面には複数例えば４つのカム穴３５が等角度間隔離れて形成されている。このカム穴３５は、図５に示すように、円形の凹部３５ａと、その周囲に形成された円錐面３５ｂ（カム面、周方向に傾斜した傾斜面）とを有している。
【００３７】
上記クラッチ部材４０の基板部４１の入力側回転部３０と対峙する面には、複数例えば４つのカム穴４５が等角度間隔離れて形成されている。このカム穴４５は上記入力側回転部３０のカム穴３５と同寸法をなして対峙しており、図６に示すように、円形の凹部４５ａと円錐面４５ｂ（カム面、周方向に傾斜した傾斜面）とを有している。
【００３８】
上記入力側回転部３０の各カム穴３５とクラッチ部材４０の対応するカム穴４５には、鋼製のボール６５が収容されている。これらカム穴３５，４５とボール６５により、トルク伝達・カム手段６０が構成されている。
【００３９】
上記トルク伝達・カム手段６０は、後述するように、入力側回転部３０からの回転トルクをクラッチ部材４０に伝達するとともに、両者の間の回転位相差に応じてクラッチ部材４０を出力側回転部２０に近い接続位置（図４に示す位置）に向かって軸方向に移動させる役割を担う。
【００４０】
上記出力側回転部２０には、出力側回転部２０を軸方向に貫通する複数例えば４つの係合穴２５（係合凹部）が周方向に等角度間隔で形成されている。
上記クラッチ部材４０には、基板部４１を軸方向に貫通する複数例えば４つのねじ穴４６が周方向に等角度間隔で形成されている。図６に示すように、これらねじ穴４６は、上述したカム穴４５間に位置している。
【００４１】
上記ねじ穴４６には、入力側回転部３０側の面からピン７０がねじ込まれている（埋設されている）。このピン７０の先端部は半球形状をなし係合凸部７５として提供され、基板部４１の出力側回転部２０側の面から突出している。この係合凸部７５は、クラッチ部材４０が図３に示す遮断位置にある時に出力側回転部２０の係合穴２５から脱しており、図４に示す接続位置にある時に係合穴２５に入り込むようになっている。これら係合穴２５と係合凸部７５により、係合手段７９が構成されている。
【００４２】
上記クラッチ部材４０の外周には浅い環状の収容溝４７が形成されており、この収容溝４７にはゴムや弾性樹脂等の弾性材料からなるＯリング８０（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）が収容されている。このＯリング８０は、弾性変形した状態（クラッチ部材４０の径方向に潰れた状態）でクラッチ部材４０の外周とハウジング１０の内周に比較的低い弾性力（接触圧）で接している。
【００４３】
上記構成において、まず低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃの作用について説明する。モータ９ａが回転駆動されず、入力軸９ｆが回転していない状況では、図３に示すように、クラッチ部材４０は圧縮スプリング５０に付勢され、トルク伝達・カム手段６０のボール６５はカム穴３５，４５の中央の円形凹部３５ａ，４５ａ（カム面の最深部）に位置している。その結果、クラッチ部材４０は入力側回転部３０に最も近付き、遮断位置にある。
【００４４】
上記のようにクラッチ部材４０が遮断位置にある時には、クラッチ部材４０に設けられたピン７０の係合凸部７５が出力側回転部２０の係合穴２５から脱しており、トルク伝達経路が遮断されている。
【００４５】
そのため、上記クラッチ遮断状態で出力軸９ｄが回転しても、この回転トルクはクラッチ部材４０に伝達されず、ひいては入力軸９ｆに伝達されない。すなわち、出力軸９ｄは自由回転するだけである。
【００４６】
低速用アクチュエータ９のモータ９ａが回転駆動されると、入力軸９ｆが回転される。この回転トルクは、入力側回転部材３０のカム穴３５とクラッチ部材４０のカム穴４５に収容されたボール６５を介してクラッチ部材４０に伝達される。
【００４７】
上記クラッチ部材４０の回転に際し、クラッチ部材４０はＯリング８０を介してハウジング１０からの抵抗を受けるため、入力側回転部３０の回転とクラッチ部材４０の回転との間に位相差が生じる。この位相差は、入力側回転部３０のカム穴３５に対するクラッチ部材４０のカム穴４５の周方向のずれを生み、その結果、ボール６５がカム穴３５、４５の中央の円形凹部３５ａ，４５ａから円錐面３５ｂ、４５ｂ（カム面の浅い部位）へと移る。
【００４８】
上記ボール６５の円錐面３５ｂ、４５ｂへの移動により、クラッチ部材４０は圧縮スプリング５０に抗して出力側回転部２０に向かって押され、出力側回転部２０に近い接続位置に達する。
尚、クラッチ部材４０の回転時のＯリング８０の摩擦抵抗に起因して発生する推力は、圧縮スプリング５０の反力より強く設定されている。
【００４９】
上記のようにクラッチ部材４０が接続位置に達すると、クラッチ部材４０に設けた係合凸部７５が、出力側回転部２０に形成された係合穴２５に入り込み、クラッチ部材４０からの回転トルクが出力側回転部２０に伝達される。すなわち、入力軸９ｆの回転トルクが出力軸９ｄに伝達される。
【００５０】
入力軸９ｆが停止したとき、即ちクラッチ部材４０の回転が停止した時は、クラッチ部材４０はスプリング５０の力で遮断位置に戻される。
【００５１】
次に、クローラロボットの作用について説明する。平地を走行する場合には、低速用アクチュエータ９を停止状態にし、高速用アクチュエータ８を駆動させる。これにより、高速用アクチュエータ８の出力軸８ｄに固定されたピニオン８ｅとホイール４のインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して、ホイール４に回転トルクが伝達されるため、ベルト５が駆動され、クローラロボットを前進または後退させることができる。
【００５２】
平地走行の場合、走行抵抗が小さく比較的低いトルクでも走行が可能であるため、高速用アクチュエータ８を駆動させることにより、ホイール４を高速回転させ、ひいてはクローラロボットの走行速度を高めるのである。
【００５３】
上記高速用アクチュエータ８の駆動によりホイール４が回転している時、インターナルギア４ｄとピニオン９ｅとの噛み合いにより、低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄが連れ回転する。しかし、低速用アクチュエータ９のモータ９ａは停止状態にあり、クラッチ装置９ｃが図３に示す遮断状態にあるので、出力軸９ｄからの回転は入力軸９ｆに伝達されない。その結果、低速用アクチュエータ９の減速機９ｂによる抵抗を排除することができ、効率良く高速用アクチュエータ８の回転トルクをホイール４に伝達することができる。
【００５４】
坂道や階段を登る場合や不整地を走行する場合には、低速用アクチュエータ９のモータ９ａを回転駆動する。すると、クラッチ装置９ｃが図４に示すクラッチ接続状態になり、モータ９ａの回転トルクが出力軸９ｄに伝達され、この出力軸９ｄに固定されたピニオン９ｅとホイール４のインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して、ホイール４に回転トルクが伝達される。
【００５５】
上記のように坂道等を登る場合には、低速度でも高い回転トルクをホイール４に供給し、クローラロボットの坂道走行能力を高めるのである。
【００５６】
上記のように低速用アクチュエータ９を駆動する場合には、ピニオン８ｅとインターナルギア４ｄとの噛み合いを介して高速用アクチュエータ８が抵抗になる。そこで、この出力軸８ｄの回転速度を低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄと一致させるように、モータ８ａを制御するのが好ましい。
【００５７】
なお、高速用アクチュエータ８の減速機８ｂの抵抗は比較的小さいから、低速用アクチュエータ９の駆動時に高速用アクチュエータ８のモータ８ａを停止状態にしてもよい。
【００５８】
坂道で両アクチュエータ８，９の駆動を停止した場合、クローラロボットの自重により坂道等を下るような力が生じ、これによりクローラベルト５を介してホイール４が回転する。このホイール４の回転は、インターナルギア４ｄとピニオン８ｅ，９ｅの噛み合いを介して、両アクチュエータ８，９の出力軸８ｄ、９ｄに伝達される。
【００５９】
この時、低速用アクチュエータ９ではクラッチ装置９ｃが遮断状態にあるので出力軸９ｄの回転が入力軸９ｆに伝達されないが、高速用アクチュエータ８の出力軸８ｄの回転は、減速機８ｂに伝達される。そのため、この減速機８ｂの抵抗により、クローラロボットが坂道等を急速度で下りるのを防止できる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。これら実施形態において先に説明した実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。
図８〜図１１に示す第２実施形態では、ハウジング１０とクラッチ部材４０の構造が第１実施形態と異なる。また、第２実施形態では、収容溝４７に収容されたＯリング８０のに加えて他のＯリング８５（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）を用いている。他の構造は第１実施形態と同様である。
【００６１】
特に図１０，図１１に示すように、上記ハウジング１０の内周は、入力側から出力側に向かって順に配された第１内周面部１０ｘと第２内周面部１０ｙとを有している。両内周面部１０ｘ，１０ｙはともに円筒面をなし、第１内周面部１０ｘが第２内周面部１０ｙより小径をなし、これら第１、第２内周面部１０ｘ、１０ｙの境には段差１０ｚが形成されている。この段差１０ｚは、第１内周面部１０ｘ、第２内周面部１０ｙと鈍角に交差するようなテーパをなしている。
【００６２】
上記クラッチ部材４０の外周は、入力側から出力側に向かって順に配された第１外周面部４０ｘと第２外周面部４０ｙとを有している。両外周面部４０ｘ，４０ｙはともに円筒面をなし、第１外周面部４０ｘが第２外周面部４０ｙより小径をなし、これら第１、第２外周面部４０ｘ、４０ｙの境には段差４０ｚが形成されている。この段差４０ｚは、第１外周面部４０ｘ、第２外周面部４０ｙと鈍角に交差するようなテーパをなしている。
【００６３】
上記クラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘはハウジング１０の第１内周面部１０ｘと同径をなし、その先端部が第１内周面部１０ｘに嵌っている。クラッチ部材４０の第２外周面部４０ｙはハウジング１０の第２内周面部１０ｙと同径をなし、この第２内周面部１０ｙに嵌っている。
【００６４】
上記Ｏリング８０は、第１実施形態と同様にクラッチ部材４０の第２外周面部４０ｙに形成された収容溝４７に収容され、弾性変形した状態でハウジング１０の第２内周面部１０ｙに弾性をもって接している。
【００６５】
もう一つのＯリング８５は、上記ハウジング１０の第１内周面部１０ｘと、上記クラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘと、上記ハウジング１０およびクラッチ部材４０の段差１０ｚ、４０ｚとで形成された環状空間９０に収容されている。
【００６６】
上記第２実施形態の作用を説明する。図８、図１０に示すように、コイルスプリング５０の弾性力により、上記クラッチ部材４０が遮断位置にある時、上記ハウジング１０とクラッチ部材４０の段差１０ｚ、４０ｚ間の間隔が狭まっており、上記Ｏリング８５が段差１０ｚ、４０ｚに挟まれて弾性変形し、これら段差１０ｚ、４０ｚに弾性力をもって接している。
【００６７】
上記Ｏリング８５は、図１０に示すようにクラッチ部材４０の第１外周面部４０ｘとハウジング１０の第１内周面部１０ｘにも弾性力をもって接しており、広い接触面積でハウジング１０とクラッチ部材４０に接している。
【００６８】
上述したように、Ｏリング８５は、コイルスプリング５０の弾性力に起因した比較的強い接触圧をもって段差１０ｚ、４０ｚ、周面部１０ｘ、４０ｘに接しているため、入力軸９ｆが回転した時に、Ｏリング８５の摩擦抵抗により、クラッチ部材４０の回転に対する抵抗が生じる。また、Ｏリング８０でも第１実施形態と同様の摩擦抵抗が生じる。その結果、クラッチ部材４０と入力軸９ｆとの間で位相差が生じ、これに応答して、トルク伝達・カム手段６０によりクラッチ部材４０を図９、図１１に示す接続位置へと確実に移動させることができる。
【００６９】
クラッチ部材４０が接続位置に移動すると、段差１０ｚ、４０ｚの間隔が広まり、これにより、Ｏリング８５と段差１０ｚ、４０ｚとの間の摩擦抵抗が低減または解消され、Ｏリング８５と周面部１０ｘ、４０ｘとの間の摩擦抵抗も低減される。したがって、クラッチ部材４０を遮断位置から接続位置へと移動させる際に、Ｏリング８５の摩擦抵抗を大きくできるにも拘わらず、接続位置へ移動した後は摩擦抵抗を小さくでき、回転トルクのロスを小さくすることができる。
【００７０】
なお、上記段差１０ｚ、４０ｚがテーパをなしているため、クラッチ部材４０の移動ストロークに対するＯリング８５の段差１０ｚ、４０ｚ、周面部１０ｘ、４０ｘへの接触圧（摩擦抵抗）は、緩やかに変化する。
【００７１】
上記第２実施形態において、クラッチ部材４０が接続位置にある時のＯリング８０、８５の合計摩擦抵抗は第１実施形態と同程度かこれより小さくなるよう設定されている。第２実施形態において、Ｏリング８０は省いてもよい。
クラッチ部材４０が遮断位置にある時、Ｏリング８５が周面部１０ｘに接しなくてもよい。さらに、クラッチ４０が接続位置にある時、Ｏリング８５が段差１０ｚ、４０ｚに軽く接していてもよい。
第２実施形態の上記特徴は、係合手段７９が係合凸部７５と係合凹部２５との噛み合い構造以外の構造を有していても適用可能である。
【００７２】
図１２に示す本発明の第３実施形態では、高速用アクチュエータ８にもクラッチ装置８ｃが装備されている。このクラッチ装置８ｃは、低速用アクチュエータ９のクラッチ装置９ｃと同様であるからその詳細な説明を省略する。
【００７３】
第３実施形態では、高速用アクチュエータ８も逆入力遮断機能を有しているので、低速用アクチュエータ９を駆動させている時に高速用アクチュエータ８のモータ８ａを停止していても、高速用アクチュエータ８が抵抗とならない。この実施形態のクローラ装置ではアクチュエータ８，９の停止状態で急に坂道を下るのを防止するため、別途に制動手段を装備するのが好ましい。
【００７４】
図１３に示す第４実施形態では、入力側回転部３０に比べて出力側回転部２０が小径になっている。この実施形態では、クラッチ部材４０の入力側円筒部４２に比べて出力側円筒部の径を小さくすることができ、ひいてはハウジング１０の出力側の部分の径を小さくすることができる。
【００７５】
次に、上述した全実施形態において、高速用アクチュエータと低速用アクチュエータを併用した場合に共通の問題点を説明する。
低速用アクチュエータ９において、クラッチ部材４０と出力軸９ｄの出力側回転部２０との間に配される係合手段７９として、係合凸部７５と係合凹部２５とを用いた場合、低速用アクチュエータ９の駆動を停止したにも拘わらず、クラッチ装置９ｃの接続状態が維持されてしまう可能性が想定される。
【００７６】
上記現象について説明する。図１４に示すように、係合凸部７５は係合凹部２５より小径であり、両者の間には遊びがある。低速用アクチュエータ９が駆動して、入力軸９ｆが回転し、これに伴いクラッチ部材４０が接続位置に移動し、クラッチ部材４０を介して出力軸９ｄに回転トルクが伝達されている時には、係合凸部７５が係合凹部２５の周縁の一箇所に強く当たっている。例えばクラッチ部材４０が破線の矢印Ａで示す方向にように回転している時には、符号Ｐで示す箇所で強く当たっている。
【００７７】
その結果、低速用アクチュエータ９が停止して入力軸９ｆが回転しなくなっても、係合凸部７５が係合凹部２５の周縁に引っ掛かったままとなり、コイルスプリング５０の力でクラッチ部材４０が遮断位置に戻らなくなることが想定される。この状態で、高速用アクチュエータ８を逆方向（ホイール４を逆転させる方向）に駆動した場合、図２のインナーギア４ｄとピニオンギア８ｅ，９ｅの噛み合いを介して、低速用アクチュエータ９の出力軸９ｄに図１４に実線の矢印Ｂで示す方向の回転トルクが作用し、ひいては係合凸部７５と係合凹部２５の係合を介して、入力軸９ｆにも回転トルクが作用する。その結果、低速用アクチュエータ９が抵抗となって働き、高速用アクチュエータ８に大きな負荷がかかり、故障の原因になる。
【００７８】
そこで、図１５に示す回転制御を実行する。まず、一般的な制御について説明する。期間Ｐ１において低速前進する。この際、低速用アクチュエータ９を前進方向に駆動し、これと同時に第１実施形態と同様に高速用アクチュエータ８を同方向に同速度で駆動する。その後で、両アクチュエータ８，９を停止してから（期間Ｐ２）、高速後退する場合には、低速用アクチュエータ９を後退方向に一時駆動する（期間Ｐ３）。これにより、図１４の矢印Ｂで示すように係合凸部７５が係合凹部２５の周縁の点Ｐから離れる方向に変位する。その結果、上記引っ掛かり状態が解除され、クランプ部材４０はコイルスプリング５０の力で遮断位置に戻り、係合凸部７５が係合凹部２５から離脱する。
【００７９】
その後で、高速用アクチュエータ８を後退方向に駆動する（期間Ｐ４）。この際、低速アクチュエータ９のクラッチ部材４０が遮断位置にあるため、出力軸９ｄが自由回転し、低速アクチュエータ９が抵抗にならずに済む。
【００８０】
上記とは逆に、低速後退から高速前進への切替の際にも上記と同様に行う。この場合には、高速アクチュエータ８を前進方向へ駆動するのに先立って低速アクチュエータ９を前進方向へ一時駆動させることになる。
【００８１】
上記制御は、低速回転から反対方向の高速回転に切り替える際に効果を発揮するが、方向切替を問わず低速回転から高速回転への切替制御の際には必ず、低速アクチュエータの一時駆動（ただし高速回転方向と同方向）を行ってもよい。
【００８２】
上記低速アクチュエータ９の一時駆動の最中に、高速アクチュエータ８の駆動を始めてもよい。
【００８３】
本発明は上記実施形態に制約されず種々の形態を採用可能である。例えば、トルク伝達・カム手段は、上記実施形態のようなボールとカム穴の構造の他に、適宜採用可能である。
係合凸部を出力側回転部に設け、係合凹部をクラッチ部材に設けてもよい。
上記ピンは、出力側回転部、クラッチ部材の一方の部位にねじ込む他、当該部位に形成された穴に圧入等の手段で埋設してもよい。また、係合凸部は当該部位と一体に形成してもよい。
なお、上記Ｏリング８０を収容する収容溝はハウジング１０の内周に形成してもよい。この場合、Ｏリング８０はクラッチ部材４０の外周に弾性力をもって接する。
摩擦抵抗リングとして上記実施形態では自然状態で断面が円形をなすＯリング８０，８５を用いたが、他の断面形状例えばＸ字形の断面をなすリングを用いてもよい。
負荷はクローラ装置のホイールの他、タイヤ式ホイールであってもよいし、電動自転車のアクチュエータに用いてもよいし、走行装置以外のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係わるクラッチ装置を装備したクローラロボットの概略側面図である。
【図２】同クローラロボットのクローラ装置におけるホイール駆動手段の平断面図である。
【図３】同駆動手段の低速用アクチュエータにおけるクラッチ装置の拡大断面図であり、クラッチ遮断状態を示す。
【図４】同クラッチ装置の拡大断面図であり、クラッチ接続状態を示す。
【図５】同クラッチ装置の入力側回転部をクラッチ部材側から見た図である。
【図６】同クラッチ装置のクラッチ部材を入力側回転部側から見た図である。
【図７】同クラッチ装置の主要構成要素を分解して示す側断面図であり、入力側回転部の断面は図５のＡ−Ａ線に沿うものであり、クラッチ部材の断面は図６のＢ−Ｂ線に沿うものであり、出力側回転部も入力側回転部、クラッチ部材に対応する断面で表す。
【図８】本発明の第２実施形態をなすクラッチ装置をクラッチ遮断状態で示す拡大断面図である。
【図９】同クラッチ装置をクラッチ接続状態で示す拡大断面図である。
【図１０】同クラッチ装置の遮断状態を示す要部拡大断面図である。
【図１１】同クラッチ装置の接続状態を示す要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態を示す図２相当図である。
【図１３】本発明の第４実施形態を示す図３相当図である。
【図１４】上記全ての実施形態において、低速用アクチュエータ駆動停止した後、クラッチ部材が遮断位置に戻らないことを想定した時の係合凸部と係合凹部の係合状態を示す要部拡大断面図である。
【図１５】図１４の状態を解消するための低速用アクチュエータと高速用アクチュエータの回転制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
４ ホイール（回転体）
８ 高速用アクチュエータ
９ 低速用アクチュエータ
９ｃ クラッチ装置
９ｄ 出力軸
９ｆ 入力軸
１０ ハウジング
２０ 出力側回転部
２５ 係合穴（係合凹部）
３０ 入力側回転部
３５ カム穴
３５ｂ 円錐面
４０ クラッチ部材
４１ 基部
４２ 円筒部
４５ カム穴
４５ｂ 円錐面
４６ ねじ穴
５０ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
６０ トルク伝達・カム手段
６５ ボール
７０ ピン
７５ ピンの先端部（係合凸部）
７９ 係合手段
８０ Ｏリング（摩擦抵抗リング、位相差付与手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ア）同軸をなして離間対峙する入力軸および出力軸と、
（イ）上記入力軸と出力軸との間に配置され、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されたクラッチ部材と、
（ウ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、クラッチ部材を入力軸に近い遮断位置に向かって付勢する弾性部材と、
（エ）上記入力軸とクラッチ部材との間に配置され、入力軸からの回転トルクをクラッチ部材に伝達するとともに、入力軸とクラッチ部材との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材を上記弾性部材に抗して出力軸に近い接続位置に向かって移動させるトルク伝達・カム手段と、
（オ）上記入力軸が回転する時に、上記クラッチ部材に抵抗を付与し、このクラッチ部材と入力軸との間に回転位相差を与える位相差付与手段と、
（カ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを非係合状態にし、上記クラッチ部材が上記接続位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを係合状態にして上記クラッチ部材からの回転トルクを出力軸に伝達する係合手段と、
を備え、
上記係合手段は、上記クラッチ部材と出力軸との互いに対向する面の一方に設けられた係合凸部と、他方に設けられた係合凹部とを有し、上記非係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込まず、上記係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込むことを特徴とするクラッチ装置。
【請求項２】
上記出力軸の端部には、出力軸の他の部位より大径をなして出力側回転部が設けられ、この出力側回転部が上記クラッチ部材に対峙しており、
上記クラッチ部材と上記出力軸の出力側回転部の一方には、上記係合凸部が等角度間隔をなして複数配置され、他方には、これら係合凸部に対応する箇所において、上記係合凹部が複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
【請求項３】
上記クラッチ部材と出力軸の出力側回転部の上記一方には、軸方向に延びるピンが埋設されており、このピンの先端部が上記係合凸部として提供されることを特徴とする請求項２に記載のクラッチ装置。
【請求項４】
上記入力軸と出力軸がハウジング内で対峙しており、上記位相差付与手段は、上記クラッチ部材と上記ハウジングとの間に介在された弾性材料からなる摩擦抵抗リングを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクラッチ装置。
【請求項５】
上記クラッチ部材の外周とハウジングの内周の一方に環状の収容溝が形成され、この収容溝に上記摩擦抵抗リングが収容され、この摩擦抵抗リングが、クラッチ部材の外周とハウジングの内周の他方に弾性力をもって接していることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ装置。
【請求項６】
上記ハウジングの内周と上記クラッチ部材の外周にはそれぞれ段差が形成されており、上記摩擦抵抗リングはハウジングの内周とクラッチ部材の外周との間に配置されるとともに、これらハウジングとクラッチ部材の段差間に配置されており、
上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングとクラッチ部材の段差間の間隔が狭まることにより、上記摩擦抵抗リングが弾性力をもってこれら段差に接していることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ装置。
【請求項７】
上記摩擦抵抗リングは、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングの内周とクラッチ部材の外周にも弾性力をもって接していることを特徴とする請求項６に記載のクラッチ装置。
【請求項８】
上記入力軸の端部には、入力軸の他の部位より大径をなしてクラッチ部材に対峙する入力側回転部が設けられ、
上記トルク伝達・カム手段が、クラッチ部材と入力軸の入力側回転部のそれぞれの対向面に、等角度間隔をなして形成された複数のカム穴と、クラッチ部材と入力側回転部の対峙するカム穴間に収容されたボールとを有し、これらカム穴が円錐面を有しており、
上記入力軸が回転していない時には、上記弾性部材の付勢力により上記ボールが両カム穴の中心に位置し、これによりクラッチ部材が遮断位置にあり、
上記入力軸が回転している時には、クラッチ部材と入力軸の回転位相差により上記ボールが両カム穴の円錐面に移り、これによりクラッチ部材が接続位置に移動することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のクラッチ装置。
【請求項９】
低速用アクチュエータと高速用アクチュエータとを備え、これらアクチュエータを共通の回転体に接続し、上記低速用アクチュエータに請求項１〜８のいずれかに記載のクラッチ装置を組み込んでなる駆動装置を回転制御する方法において、
上記低速用アクチュエータを駆動して上記回転体を低速回転させた後、両アクチュエータを一時停止してから上記高速用アクチュエータを駆動して上記回転体を反対方向に高速回転させる際に、高速用アクチュエータの駆動に先立って、低速用アクチュエータを上記高速回転方向と同方向に一時駆動することを特徴とする回転制御方法。
【請求項１０】
前後のホイールと、これらホイールに掛け渡された無端条体とを備え、少なくともいずれか一方のホイールに低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを接続し、この低速用アクチュエータに、請求項１〜８のいずれかに記載のクラッチ装置を組み込んだことを特徴とするクローラ装置。
【請求項１】
（ア）同軸をなして離間対峙する入力軸および出力軸と、
（イ）上記入力軸と出力軸との間に配置され、軸方向に移動可能かつ回転可能に配置されたクラッチ部材と、
（ウ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、クラッチ部材を入力軸に近い遮断位置に向かって付勢する弾性部材と、
（エ）上記入力軸とクラッチ部材との間に配置され、入力軸からの回転トルクをクラッチ部材に伝達するとともに、入力軸とクラッチ部材との間の回転位相差に応じ、クラッチ部材を上記弾性部材に抗して出力軸に近い接続位置に向かって移動させるトルク伝達・カム手段と、
（オ）上記入力軸が回転する時に、上記クラッチ部材に抵抗を付与し、このクラッチ部材と入力軸との間に回転位相差を与える位相差付与手段と、
（カ）上記出力軸とクラッチ部材との間に配置され、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを非係合状態にし、上記クラッチ部材が上記接続位置にある時には上記出力軸とクラッチ部材とを係合状態にして上記クラッチ部材からの回転トルクを出力軸に伝達する係合手段と、
を備え、
上記係合手段は、上記クラッチ部材と出力軸との互いに対向する面の一方に設けられた係合凸部と、他方に設けられた係合凹部とを有し、上記非係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込まず、上記係合状態では上記係合凸部が上記係合凹部に入り込むことを特徴とするクラッチ装置。
【請求項２】
上記出力軸の端部には、出力軸の他の部位より大径をなして出力側回転部が設けられ、この出力側回転部が上記クラッチ部材に対峙しており、
上記クラッチ部材と上記出力軸の出力側回転部の一方には、上記係合凸部が等角度間隔をなして複数配置され、他方には、これら係合凸部に対応する箇所において、上記係合凹部が複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ装置。
【請求項３】
上記クラッチ部材と出力軸の出力側回転部の上記一方には、軸方向に延びるピンが埋設されており、このピンの先端部が上記係合凸部として提供されることを特徴とする請求項２に記載のクラッチ装置。
【請求項４】
上記入力軸と出力軸がハウジング内で対峙しており、上記位相差付与手段は、上記クラッチ部材と上記ハウジングとの間に介在された弾性材料からなる摩擦抵抗リングを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクラッチ装置。
【請求項５】
上記クラッチ部材の外周とハウジングの内周の一方に環状の収容溝が形成され、この収容溝に上記摩擦抵抗リングが収容され、この摩擦抵抗リングが、クラッチ部材の外周とハウジングの内周の他方に弾性力をもって接していることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ装置。
【請求項６】
上記ハウジングの内周と上記クラッチ部材の外周にはそれぞれ段差が形成されており、上記摩擦抵抗リングはハウジングの内周とクラッチ部材の外周との間に配置されるとともに、これらハウジングとクラッチ部材の段差間に配置されており、
上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングとクラッチ部材の段差間の間隔が狭まることにより、上記摩擦抵抗リングが弾性力をもってこれら段差に接していることを特徴とする請求項４に記載のクラッチ装置。
【請求項７】
上記摩擦抵抗リングは、上記クラッチ部材が上記遮断位置にある時、上記ハウジングの内周とクラッチ部材の外周にも弾性力をもって接していることを特徴とする請求項６に記載のクラッチ装置。
【請求項８】
上記入力軸の端部には、入力軸の他の部位より大径をなしてクラッチ部材に対峙する入力側回転部が設けられ、
上記トルク伝達・カム手段が、クラッチ部材と入力軸の入力側回転部のそれぞれの対向面に、等角度間隔をなして形成された複数のカム穴と、クラッチ部材と入力側回転部の対峙するカム穴間に収容されたボールとを有し、これらカム穴が円錐面を有しており、
上記入力軸が回転していない時には、上記弾性部材の付勢力により上記ボールが両カム穴の中心に位置し、これによりクラッチ部材が遮断位置にあり、
上記入力軸が回転している時には、クラッチ部材と入力軸の回転位相差により上記ボールが両カム穴の円錐面に移り、これによりクラッチ部材が接続位置に移動することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のクラッチ装置。
【請求項９】
低速用アクチュエータと高速用アクチュエータとを備え、これらアクチュエータを共通の回転体に接続し、上記低速用アクチュエータに請求項１〜８のいずれかに記載のクラッチ装置を組み込んでなる駆動装置を回転制御する方法において、
上記低速用アクチュエータを駆動して上記回転体を低速回転させた後、両アクチュエータを一時停止してから上記高速用アクチュエータを駆動して上記回転体を反対方向に高速回転させる際に、高速用アクチュエータの駆動に先立って、低速用アクチュエータを上記高速回転方向と同方向に一時駆動することを特徴とする回転制御方法。
【請求項１０】
前後のホイールと、これらホイールに掛け渡された無端条体とを備え、少なくともいずれか一方のホイールに低速用アクチュエータと高速用アクチュエータを接続し、この低速用アクチュエータに、請求項１〜８のいずれかに記載のクラッチ装置を組み込んだことを特徴とするクローラ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−９７７１９（Ｐ２００９−９７７１９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４５６０６（Ｐ２００８−２４５６０６）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
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